Настольная книга кораблестроителя - сайт "Atomic Rocketships" (русская, английская версии). Калькулятор двигателей (анг).
Справочная часть
Нормальные условия (химические, наиболее распространенные), определенные IUPAC (Международным союзом практической и прикладной химии): Давление: 101325 Па = 1 атм. = 760 мм рт. ст. Температура: 273,15 K = 0° C В некоторых, особо умных, отраслях есть свои "н.у.", а еще есть всякие "стандартные условия". В основном все они различаются принятой температурой 0/15/20/25° C и влажностью.
Водород и Кислород Компоненты химического топлива. Водород так же используется как охладитель из-за высокой теплопроводности и как рабочее тело из-за минимальной плотности.
твердый (86,67г/л) - 14,01К - жидкий (70,99г/л при 20К) - 20.28К - газ (0,08987г/л при н.у.) твердый металл (?590г/л при 25ГПа) - ???? - жидкий металл (?115г/л при 450ГПа) Проблема металлизации водорода (до сих пор не решенная) - охлаждение во время сжатия для получения ТМВ, а не ЖМВ. Твердый металлический водород должен сохранять метастабильность в нормальных условиях, так что проблем с хранением не предвидится.
Условия хранения водорода:
1) Стационарные хранилища. Шары, емкостью 150-3200 м^3 (реально используемые). Толщина изоляции и вес не известны. 2) Транспортные цистерны. Цилиндры, емкостью 40-150 м^3 (авто- и жд-контейнеры). Пример: 150000 л, 0.6 МПа, сухой вес 60 т. диаметр 3,7 м, длинна 21 м, расчетный вес жидкого водорода 10,6 т. 3) Цистерны. Разнокалиберные цилиндры до 40 м^3 для местной эксплуатации.
Уровни потерь: больше 1000 м^3 = 0,1% в сутки и меньше. для 100-150 м^3 = 0,3-0,5% в сутки для 40-60 м^3 = 0,8-1% в сутки
При запусках шаттлов использовался бак весом 14 тонн, вмещающий 100 тонн жидкого водорода. Малый вес за счет кратковременности хранения.
твердый () - 54,8К - жидкий() - 90,19К - газ (1,42897 г/л при н.у.) Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм: α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы. β-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый). γ-О2 — существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы. 88,8% массы воды - кислород
Условия хранения кислорода:
Транспортная цистерна ТРЖК-3М = емкость 7,38 м**3; 8000кг кислорода; потери 1,74-1,84кг/ч; размеры 5*2*2м; сухая масса 2600-3200кг Контейнер-цистерна 1CC-TC-18400/7 = емкость 18,4 м**3; давление 1,7МПа; 19120кг кислорода; потери 0,338%/сутки; размеры 6*2,5*2,5м; сухая масса 11360кг. Горизонтальный стационарный резервуар БСХ-100 = емкость 112м**3, давление 0,6МПа, вместимость 105,4м**3, 120800кг, потери 3,6кг/ч 0,07%, масса 33000кг, размеры 11*3*3,5м диаметр 3,2
Дейтерий и Гелий-3 Компоненты термоядерного топлива. Дейтерий (D, тяжёлый водород) - изотоп водорода. Мировое производство - десятки тысяч тонн в год. Природное содержание - 0,01% Гелий-3. Мировое производство - пара десятков тысяч литров в год. Природное содержание в атмосфере - 0,00014%, в лунном реголите ~1 г на 100 т. При термоядерном синтезе 1 тонны гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти.
Конструктивные элементы: Для удержания 1т нагрузки на 10м требуют: 200кт стержня или 3,5кг троса Для удержания 100т нагрузки на 10м требуют: 2т стержня или 0,350т троса При делении одного стержня на несколько, требуется увеличить их суммарную массу как sqrt(количество стержней). При делении троса, суммарную массу менять не надо. Таким образом имеет смысл использовать один стержень-хребет для всей конструкции, а на него навешивать все остальное.
Жизнеобеспечение Дынные взяты из отчета NASA. В расчетах используется масса человека 70кг
Суммарное потребление одного человека в сутки: 0,835кг кислорода 0,617 пищи (сухая масса) 3,9кг воды (с учетом еды) 12МДж энергии из пищи
Суммарное выделение одного человека в сутки: 0,998кг углекислого газа 0,11 кг отходов жизнедеятельности (сухой массы) 2,3кг воды (дыхание и пот) 1,9кг воды (моча) 12МДж тепла
Гигиена требует 4,5кг воды в сутки.
Емкость для хранения кислорода под давлением весит 3,6% от массы кислорода. Емкость для хранения жидкого кислорода весит 4,3% массы кислорода + требует охлаждения.
Кислородные баллоны: 40 л, 14,7 МПа, диаметр 219 мм, длинна 1370 мм, сухой вес 58,5 кг. Водородные баллоны: 40 л, 14,7 МПа, диаметр 219 мм, длинна 1400 мм, сухой вес 65 кг.
Запасы пищи (короткий период): 1,147 кг (0,66кг сухой массы; 42% воды; 1,76кг в упаковке емкостью 4,8л) Запасы пищи (долгого хранения): 1,955 кг (66% воды; 2,3кг в контейнере для хранения) Холодильник (321кг; 2м^2) потребляет 0,5кВт; вмещает 295кг продуктов емкостью 614л.
Растительные плантации (на м^2): 100кг веса 1 м^3 обьема 2,6 кВт энергии 13 человеко-часов в год 3,8 кг продуктов в год На одного человека нужно 240 м^2 плантаций = 24т. Эквивалентно трехлетнему запасу еды. Дает двойной запас кислорода.
Водоочистная установка массой 5т и объемом 20м^3 перерабатывает 7л/мин и работает при температуре 550К. Этого хватит для обеспечения 1000 человек.
Водоросли:
Далее из разных источников: Эксперементы по обеспечению питанием водорослями. Выращивание хлореллы - 55г водоросли на 1л воды дают прирост 2,5г водорослей в день. Вторая версия - 4-5г/л и пятикратный рост за сутки. Рост сильно зависит от доступности азота.
Спирулина - 100г на 1л воды. Удваивает свою массу каждые 2-4 дней. Вторая версия: удвоение за 5 часов, производительность 35-40г/м^2. Урожай в проточных установках – примерно 30-40 г сухой биомассы с 1 литра суспензии в сутки, или 80-100 г с 1 м2 освещаемой поверхности.
Хлорелла быстрей растет, спирулина - питательней. Обе производят кучу кислорода и осваиваются в NASA (вроде видел что 6л спирулины хватает на производство кислорода одному человеку, но не могу найти где).
Энергосистема Альфа - соотношение массы к мощности. Ниже альфа - выгодней источник.
Солнечные панели Даже не рассматривается. Работают только вблизи от звезды.
Регенеративные топливные ячейки альфа = 13кг/КВатт 91кг = 7киловатт - потребляет ~0,6кг кислорода и водорода на ватт
Ядерные реакторы альфа ниже 18кг/КВатт (есть концепты с 1кг/КВатт) для 1Мватта требуется 60кг плутония-239, расход 382грамма в год. при КПД = 35% - необходимо 180кг плутония +1кг/год 65% мощности уходит в нагрев = 2 Мватта - тепло, которое следует рассеять Весить такой реактор будет 54 тонны. Где-то видел способы повысить КПД, особо не искал - пишите при желании.
Реактор на быстрых нейтронах
Цитата (SpaceEngineer)
Реактор на быстрых нейтронах, но полученных не термоядом или другой ЯР, а облучением мишени пучком протонов из ускорителя. Быстрые нейтроны позволяют делить что угодно - например уран-238, которого 99% и который сейчас просто выбрасывается. Богомоловский ускоритель на несколько ГэВ компактный, утверждается, что влазит на борт самолёта.
Термоядерный реактор Дейтерий + Гелий-3
Теплорадиаторы
Рассеивается тепло радиаторами. Количество излученного тепла = К * 5,67е-8 * площадь * температура_кельвин^4 К - коэффициент излучения материала. максимум 1, реально 0,8-0,9 Лучше использовать двусторонний радиатор и хорошо бы что бы он не грел корабль.
150 гигават, рассеиваемых при 3000К, требует 35000 м^2 при К=0,9 масса = 0,01кг/киловатт для хрупких радиаторов с температурой 1100К 0,05кг/киловатт для метиоритостойких и температурой 2000К
Еще лучше использовать тепловую энергоустановку совмещеную с двигателем, например ЯРД. Избыток тепла сбрасывается двигателем, который постоянно работает. А значит мы сильно сокращаем площадь радиаторов, избавляясь от лишнего веса.
Двигатель
Вот здесь есть огромное разнообразие. Начнем с напоминания характеристик: а) удельный импульс и скорость истечения - показывают эффективность расхода реактивной массы. б) тяга - мощность двигателя, скорость расхода реактивной массы.
Удельный импульс зависит от скорости истечения реактивной струи. В свою очередь скорость истечения зависит от плотности и температуры рабочего тела в двигателе (больше - лучше) и конфигурации сопла.
Для построения сопла необходимо знать диаметр его критического сечения (самое узкое место) и коэффициент расширения (отношение диаметров критического сечения к диаметру выходного сечения). Критическое сечение зависит от условий в реакторе, а коэффициент расширения - от условий эксплуатации. В атмосфере коэффициент выбирается с расчетом, что бы давление струи сровнялось с давлением воздуха (будет больше - не будет набрана максимальная скорость, а будет меньше - струя сорвется с сопла, а это дополнительные нагрузки). Для работы в атмосфере в идеале должно использоваться сопло с изменяемой геометрией. Для вакуума чем больше сопло - тем лучше, ограничение только в весе получаемой конструкции. Наиболее распространены коэффициенты 60-80 для атмосферы и 250-300 для вакуума.
Теперь о двигателях. Наиболее интересны для нас будут: 1) кислород-водородный ЖРД закрытого цикла с полной газификацией Наиболее совершенный из ныне существующих химических двигателей с импульсом 460-470 с. Только химические РД относительно безопасны для использования в атмосфере Земли. В качестве рабочего тела выступают продукты горения топлива. Типичное массовое отношение водород/кислород = 1/6.
Быстрый расчет под требуемую тягу:
Удельный импульс в вакууме = 470 с (4600 м/сек) Удельный импульс на уровне моря (75%) = 350 с Тяговооруженность = 60-80-125 Ньютон тяги на Ньютон веса (для масс 200кг - 2000кг - 3000кг) Вес двигателя = Тяговооруженность / Тяга Диаметр сопла = 2 - 2,5 м (для масс 200кг - 2000кг) Длинна сопла (от самого узкого места, до края) как правило составляет половину общей длинны. Длинна = 4 - 4,5 м (для масс 200кг - 2000кг) Длина/Диаметр = 1,7 Время работы реальных образцов до 700с - обусловлено временем выхода на орбиту. Расход массы = 0,225 кг/с/кН Соотношение компонентов кислород/водород = 6 Усреднённая плотность топлива = 0,32 г /см³
Возьмем корабль массой 800т. Поставим на него четыре двигателя тягой 400т каждый. Значит весить каждый из них будет 3,2т, длинна=5м (половина - сопло), диаметр 3м. Вот так просто можно оценить размеры ЖРД с необходимой тягой. З.Ы.: расход топлива для такого двигателя составит 8,3т/с.
2) ГФЯРД замкнутой схемы с продольным намагничиванием Ионизированная урановая плазма изолированная сильным продольным магнитным полем позволяет достичь температур 60000-90000К и теоретического максимума удельного импульса 10000с. Смешение паров урана с рабочим телом сведено к минимуму, но это означает только минимальные потери топлива, но не возможность полета в атмосфере.
3) ТЯРД: термоядерный РД. Лучший образец ТЯРД из встреченных мною. Согласен с примечанием Семенова, но как по мне, обмен импульса на тягу - и есть способ полней использовать энергию выхлопа. Хотя, опять же, полученный "ионный коктель" опирается на магнитное сопло и надо рассмотреть как себя будет вести. Остался неясным еще способ подогрева водорода перед инжекцией в сопло.
Какие корабли стоит детально рассчитать: 1) Бот-заправщик - сбор водорода из атмосферы газовых гигантов. Полеты в атмосфере газовых гигантов, сбор и сжижение водорода, доставка водорода на орбиту. 2) Бот-грузовик - внутрисистемный перевозчик. Автоматическая перевозка контейнеров и баков внутри системы. 3) Бот-челнок - планетарный перевозчик. Перевозка пассажиров и грузов между поверхностью и орбитой. 4) Бот-спасатель - межзвездный эвакуатор. Слать СОС бесполезно, можно только эвакуироваться с минимальными удобствами.
5) Грузопассажирский - межзвездный транспорт. Перевозка людей и грузов, содержит бота-спасателя. 6) Исследовательский - самодостаточный межзвездный (межгалактический?) корабль. Огромная dV, боты (заправщик, грузовик, спасатель).
Военные корабли - отдельная тема со специфическими требованиями, рассматриваться сейчас не будут.
Боты
Заправщик - летает в газовых гигантах собирая водород. Заодно охлаждает и сжижает его, пока есть возможность. Летать ему явно прийдется долго несмотря на немаленькие размеры. Реактивный двигатель - для прилететь/улететь. Вполне подойдет небольшой ГЯРД на пару/десяток тонн. Прямоточный двигатель - для свободного полета в атмосфере. Многократное превосходство по тяге нам пригодится. Развитую систему радиаторов для заморозки водорода по принципу кондиционера. Ну и мелочевка: корпус, крылья, навигация...
Ремонтники - ползают по кораблю, выполняя ремонт. Пары/тройки думаю хватит (на случай если сами поломаются). Тут пригодится система рельс по всему кораблю. Впрочем система не сложная - пара рельс вдоль всего корабля, а дальше манипуляторы дотянутся.
Аварийный корабль с собственным ускорителем - SOS посылать бесполезно, летая на сверхсветовой. Вопрос в том, если корабль сломается и не сможет самостоятельно отремонтироваться, то уцелеет ли аварийка? Вопрос номер два - каков минимальный размер ускорителя?
Дубль раз
Корабль будет возить единственного пассажира. Весить пассажир будет 70кг. Дадим ему еды, скажем на месяц. 2,3кг (6л.) на 30 дней = 70кг (180л). Чтобы ее хранить нужен холодильник - это еще 70кг (180л+5%+0,1кВт). Кислород будет у нас обновляться спирулинами, в случае чего ими же можно и питаться. С лампочками и компрессорами записываем еще 30кг (30л +0,5кВт). Воды возьмем с запасом, мало ли чего, 50л хватит (у NASA норма 10л, из них 4л - чтобы руки помыть, чем они занимаются?). Очистную установку на одного человека я не нашел, 50кг думаю хватит (кстати, она греется до 300С). Итого: 70+70+70+30+50+50кг = 340кг.
Вывод - нестоит даже считать сколько воздуха, воды и еды взять. Годовой запас весит меньше двух тонн. Стоит учесть только плантации, массой 24т, если хочется полной автономности. Остальное меркнет на фоне конструкций корабля.
Для проживания возьмем комнатку 4*5*2,5=50м**3 Это 85м**2 поверхности. Возьмем примерно 100кг/м**2 = 8,5т. Учтем кондиционирование, радиационную защиту, железки и округлим до 20т.
Получаем жилой модуль со всеми удобствами на одного человека 4*5*3м^3, массой 20т. Возьмем два модуля, вдруг в гости кто зайдет. Прибавим 24т и будем всегда есть свежие продукты. Помещение выделим 10*10*4м^3, 36т. В любом случае это будет не заметно. =)
Грузовой модуль. Если надо что-то куда-то перевезти - нужно место. К тому же тут у нас будет минифабрика. Возьмем с потолка 20*20*5м^3, что дает площадь поверхности 1200м^2. При 100кг/м^2 получаем 120т. Поставим сюда инженера 4*3*5м^3, на 30т, он будет собирать нам все что пожелаем. Итого 150т.
Радары и телескопы. Тут я пока слабо прадставляю какие нужны, как их разместить и вообще. В любом случае им надо глядеть во все стороны - пусть торчат снаружи, 5т им хватит.
Заправщик, это целый миникорабль который отдельно надо считать. Зарезервируем для него 200т. Ремонтники будут располагаться снаружи, будут длиннорукими и вездесущими. Зарезервируем 20т.
Ускоритель. Как всякая сложная штука, он должен внушать уважение. Сделаем его как грузовой модуль - чтоб издалека был виден. Это еще 20*20*5м^3 и 1000т веса. Вообще любая штука неизвесного строения весит 0,5т/м^3, для облегчения расчетов. Раз ускоритель по большей части пустой, облегчим его до 200т.
На данный момент у нас в наличии: Два жилых блока 4*5*3м^3, 20т Плантации 10*10*4м^3, 24+36т Грузовой модуль 20*20*5м^3, 150т Радары и телескопы 5т. Заправщик 200т Ремонтники 20т Ускоритель 200т Итого: 675т.
Выдилим еще 125т на корпус и щит. Получаем 800т.
Теперь надо посчитать баки и двигатели. Возьмем соотношение массы корабля к водороду 1:1. Получается нам для 10g нужна тяга 1600т. Хватит ли ГЯРД? У них максимальный импульс 10000с что дает расход рабочей массы 1,6т/сек или 500 сек полного ускорения. dV составит 50 км/с. (На самом деле чуть больше - масса в полете будет уменьшаться, но погоды это не делает).
Вывод: максимальная dV у ГЯРД при 1:1 = 50км/с, при 1:2 = 66км/с Да, накосячил я когда говорил что на ГЯРД получался корабль с dV около 10000км/с Это был термояд с 10000000с записанный рядом с ГЯРД, вот у него то и вышло dV=50000км/с =)
Посчитаем баки: возьмем баки 5м радиуса, чтобы их можно было плотнее складывать. Емкость такого бака - 523м^3 или 42т для замороженного водорода. Нам понадобится 20 таких баков (или хватит одного с металлическим водородом массой какраз около 800т). Просто поставленные друг на друга по 4 в слой они займут 20*20*50м^3. Лично мне хочется видеть глазами что пол корабля - водород, разумеется пока это не мешает.
Повторю два своих ИМХО: Термоядерный двигатель хорош, но чем его заправлять? Надо искать кого-то с удельным импульсом 2Мс, чтобы получить dV=10000км/с при соотношении массы 1:1. Металлический водород хорош на специализированных станциях, а самозаправляющийся корабль вполне обойдется замороженным водородом. Ситуацию может изменить ускоритель: если ввести зависимость потребляемой энергии на прыжок от размеров корабля.
З.Ы.: Здесь совсем потерялся шаттл.
Бот-заправщик Основное назначение: полеты в атмосферу газовых гигантов для сбора водорода и доставка его на орбиту. Попробуем посчитать заправщик для орбитальной станции металлизации водорода. Мы не ограничены в его размере, так что будем отталкиваться от запасаемой массы. Возьмем с потолка требование: 100 тонн водорода за один заход.
Для полетов в атмосфере нам понадобится соответствующий двигатель: ЯГПВРД или ТЯГПВРД (Ядерный или ТермоЯдерный Гиперзвуковой Прямоточный Воздушно-Реактивный Двигатель). Почитать можно в википедии. Проблема для нас тут - нагрев обшивки из-за сверхзвукового полета. Нужна активная система охлаждения. Задача номер раз: посчитать конструкцию и верхний предел скорости для ядерного ГПВРД, если для обычного ГПВРД сдерживающим фактором является скорость сгорания топлива, а для нас - скорость нагрева от реактора (нижний предел скорости у ГПВРД = 5М) Задача номер два: посчитать получаемый нагрев на минимальной и максимальной скорости и выбрать рабочую скорость.
Кроме полета, нам понадобится еще и работу работать: собирать и сжимать водород. А это значит нагрев при торможении воздушного потока и его же нагрев при сжатии для хранения. Сжать газ - не проблема, а вот охладить при гиперзвуковом полете - считаю бесполезным занятием. Задача номер два: посчитать скорость заполнения баков.
З.Ы.: Еще один вариант - в атмосферу сбрасываются дозвуковые боты, которые будут собирать и сжижать водород. Подъемом водорода на орбиту будет заниматься отдельный бот.
Добавлено (07.03.2013, 19:46) --------------------------------------------- Расчет тяги ГПВРД Согласно закону Гесса, наша задача обеспечить минимальные потери энергии на нагрев конструкции, передать рабочему телу максимальное количество энергии и эффективно использовать работу рабочего тела на выходе.
1) классический(!) ГПВРД вынужден замедлять протекающий через него воздух для сжатия, смешивания с горючим и сжигания. Все это направлено на максимизацию эффективности сжигания топлива (передача энергии рабочему телу). мы же собираемся использовать ядерную/термоядерную энергию и нам нужны другие условия. Спрашивается: нужно ли сжимать рабочее тело для улучшения теплообмена от реактора? С одной стороны, при сжатии уменьшится излучающая площадь, а с другой - может улучшиться эффективность нагрева и уменьшиться самонагрев. Принимаются ваши соображения.
2) вне зависимости от способа передачи энергии рабочему телу, эта энергия будет потрачена на нагрев конструкций, который надо минимизировать, и разгон реактивной струи на выходе из сопла. чем выше наша скорость - тем выше нагрев из-за нашей скорости, выше потери, а вот количество передаваемой энергии остается неизменным и тяга падает.
Цитата
В случае ГПВРД кинетическая энергия воздуха, поступающего в двигатель, является большой по сравнению с энергией, выделяеющейся в результате сгорания топлива в атмосферном воздухе. При скорости 25М тепло, выделяеющеся в результате сгорания топлива, составляет около 10% от общей энтальпии потока. Вне зависимости от используемого топлива, кинетическая энергия воздуха и теоретическая полезная тепловая энергия от сгорания топлива будут равняться друг другу примерно при скорости 8М. Таким образом, конструкция ГПВРД преследует прежде всего цель уменьшения трения, а не увеличения тяги.
Вывод: летать надо медленно. ГПВРД хорош для экономичного разгона для подъема на орбиту.
3) чем выше мы летаем, тем ниже давление и температура, а скорость звука повышается. меньше давление - меньше доступного рабочего тела. снижение температуры на наших скоростях мы не заметим. как бы мы не разгонялись, а 5М поддерживать всегда мы не сможем. Спрашивается: до какой высоты/скорости можно подняться на ГПВРД?
Общий вывод: собирать водород надо на дозвуковых скоростях, когда нам доступно охлаждение. а вот выходить на орбиту выгодно на ГПВРД с последующим переключением на ЯРД/ТЯРД. AMD Athlon II X3 3GHz + 4GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Сообщение отредактировал kimitsu42 - Пятница, 03.05.2013, 22:16
Да, я так понял, что основные особенности корабля давно рассмотрены и пора переходить к частностям.
Quote (kimitsu42)
Все модули корабля размещаются на каркасе по принципу пирамиды - один модуль опирается на другой
Основной каркас собирается из каркасов модулей. На каркасы модулей наверчивается все оборудование. Сам каркас наверняка будет не стальным, а каким-нибудь структурированным сплавом, который позволит уменьшить его массу раз в 10. Каркасы модулей следует выполнить унифицированными, чтобы не париться с каждой балкой. Я не думаю, что Space Engineer будет заморачиваться насчет сапромата и строить что-то вроде балок-шпангоутов из Bridge Builder-а, наверняка можно сделать все гораздо проще.
Quote (kimitsu42)
Первый слой - твердый, но хрупкий - разбивает объект, увеличивая площадь удара по следующему слою.
Щит выполняется таким расчетом чтобы расплавить/испарить объект и принять на себя удар того, что от него осталось.
Quote (kimitsu42)
Суммарное потребление одного человека в сутки:
Это, скорее, параметры для мощности бортовых регенерационных систем. В межзвездном полете нужно иметь определенный запас продовольствия, необходимый для критических ситуаций, но что касается ежедневных потребностей, регенерационная установка будет удовлетворять их полностью. Никаких хлорелл и спирулин - это устаревшие технологии освоения Солнечной системы. И устаревшие движки тоже вряд ли нужны, примерно как сейчас не используются паровые машины и конная тяга. Самый совершенный движок - термоядерный, активная зона содержит плазму в несколько миллионов градусов, который при расширении может выдать несколько сот тысяч К и удельный импульс еще раз в 10 больше. Жрет исключительно водород и гелий-3, вопрос только в соотношении удельных характеристик для каждого из видов топлива. Win7 Intel Core i5-2310 2.9 Ghz 4 Gb DIMM DDR3 Asus GeForce GTX760, 2 Gb GDDR-5
Сообщение отредактировал Aerospacefag - Суббота, 05.11.2011, 15:24
Щит выполняется таким расчетом чтобы расплавить/испарить объект и принять на себя удар того, что от него осталось.
А есть примерные расчеты? Если с размерами еще более менее понятно(должен закрывать весь корабль), то с массой даже близко не представляю кроме как "поставим побольше, авось хватит".
Quote (Aerospacefag)
Это, скорее, параметры для мощности бортовых регенерационных систем. В межзвездном полете нужно иметь определенный запас продовольствия, необходимый для критических ситуаций, но что касается ежедневных потребностей, регенерационная установка будет удовлетворять их полностью. Никаких хлорелл и спирулин - это устаревшие технологии освоения Солнечной системы.
Не надо путать причину и следствие. Эти параметры - необходимый человеку объем. И уже исходя из них смотрится какая нужна производительность регенерации. Там же указано сколько займет массоместа хранить просто запас на определенный период. Можно легко посчитать что:
регенерация еды обойдется в трех летний запас еды. регенерация воды равносильна запасу воды на несколько дней. регенерация воздуха водорослями от недельного до двухмесячного запаса кислорода, в зависимости от источника информации.
Очевидно еду следует запасать, а воду и воздух - очищать. Однако желающие построить станцию, а не корабль - будут иметь собственное самодостаточное производство.
И чем не понравились водоросли? Пусть себе растут, рыбок кормят.
Quote (Aerospacefag)
Самый совершенный движок - термоядерный
Параметры в студию. AMD Athlon II X3 3GHz + 4GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Сообщение отредактировал kimitsu42 - Суббота, 05.11.2011, 15:50
6)Ускоритель Самая невероятная штуковина. Особая, космическая магия хитро увеличивает нашу скорость - только и всего. Вопрос в том, а как вычислить эффект от ускорения в цифрах? Распологаться должна очевидно в центре. SpaceEngineer, признавайся.
Он не увеличивает скорость, а сжимает время. Цифра там одна - коэффициент сжатия времени. Пусть например при обычном межпланетном полёте тик времени 0.1 секунда - симулятор интергирет силы и скорости 10 раз в секунду. При включении гипердрайва тик времени для корабля становится например 100 секунд, но интеграция всё равно происходит 10 раз в секунду. Получаем, что корабль летит в 1000 раз быстрее, но сохраняя прежнюю физическую скорость и реакцию на внешние силы. Тут могут появиться проблемы с точностью, но их можно обойти, самое простое решение - уменьшать множитель тика времени вблизи массивных тел. Т.е. при приближении к планете или звезде корабль уменьшает "гиперскорость". Это будет даже полезно для геймплея.
Quote (kimitsu42)
7) Баки ИМХО: замороженного водорода хватит. Металлическим разве что аварийный модуль заправлять. Очень уж медленно его производство - установка будет слишком много весить.
Не хватит. Делался рассчёт, получился бак 1.5 км диаметром. Металлический водород снижает диаметр бака до полукилометра. Если в том рассчёте уменьшить в 10 раз характеристическую скорость корабля, диаметр бака уменьшится в 3.16 раза, но соотношение останется. А производство металлического водорода - дело техники. Даже если оно всё равно будет очень медленное, значит будет больше причин строить колонии, где водород будет добываться и упаковываться в отсутствие игрока.
Quote (kimitsu42)
8) Энергосистема и теплорадиаторы
Есть ещё новое российское изобретение - реактор на быстрых нейтронах, но полученных не термоядом или другой ЯР, а облучением мишени пучком протонов из ускорителя. Быстрые нейтроны позволяют делить что угодно - например уран-238, которого 99% и который сейчас просто выбрасывается. Богомоловский ускоритель на несколько ГэВ компактный, утверждается, что влазит на борт самолёта.
Quote (kimitsu42)
9) Двигатель
Я пытался рассчитать двигатель-ускоритель частиц. Удельный импульс конечно на высоте - скорость истечения близка к скорости света. Но энергетика безумная, также не удаётся получить большую тягу - для этого надо ускорять тонны вещества каждую секунду, а это огромный электрический заряд. Напомню, нам надо получить ускорение до 10-20g всего корабля-матки. Боюсь тут даже термоядерный двигатель окажется сабоват.
Quote (kimitsu42)
Я сейчас занимаюсь написанием конструктора корабля.
Да? Можно по подробней?
Quote (Aerospacefag)
Я не думаю, что Space Engineer будет заморачиваться насчет сапромата и строить что-то вроде балок-шпангоутов из Bridge Builder-а, наверняка можно сделать все гораздо проще.
Как раз наоборот. Физика точечных масс, соединённых пружинками, очень просто симулируется. За полдня можно написать программку. У меня уже есть полурабочий физический движок - точки, пружины/стержни, проверка столкновений со стенами. Осталось добавить проверку столкновений стержней друг с другом. Всё это скорее всего будет просчитываться только в конструкторе корабля, хлипкие конструкции он просто не пропустит в игру. Ну а в самой игре тоже можно иногда запускать симуляцию - например при экстремальных ситуациях типа жёсткой посадки.
Мы как-то уже обсуждали это в теме про концепцию корабля, сопроводительную информацию можно найти где-то на http://www.projectrho.com/rocket/, но я потом это добавлю. Короче говоря, реакция синтеза - самая мощная из известных, не считая аннигиляции, во-вторых, топливом служит водород, распространенный повсеместно.
Quote (SpaceEngineer)
Напомню, нам надо получить ускорение до 10-20g всего корабля-матки. Боюсь тут даже термоядерный двигатель окажется сабоват.
Если реализация реалистичных параметров является настолько затруднительной, придется пожертвовать небольшой долей соответствия в параметрах. Например, сделать внутриигровое время в 10 раз быстрее нормального. Например, установить ускорение от движка сразу в 20, 50 или 100 "же" вместо используемых изначально 2-5. Когда напишешь первый вариант движка, придется его потом долго подгонять. Когда я первый раз пришел на этот форум, я представлял себе игру как нечто подобное Noctis - там не уделяется сколько нибудь значительного внимания принципам полета, не говоря уже о математических расчетах.
Quote (SpaceEngineer)
например при экстремальных ситуациях типа жёсткой посадки
Народ, наверное, впечатлится, увидев, как его машина рассыпается, входя в плотные слои атмосферы. Win7 Intel Core i5-2310 2.9 Ghz 4 Gb DIMM DDR3 Asus GeForce GTX760, 2 Gb GDDR-5
Народ, наверное, впечатлится, увидев, как его машина рассыпается, входя в плотные слои атмосферы.
Ооо... это моя мечта - ронять корабли в атмосферы газовых гигантов. :-)
Кстати, судя по описанию, Venture Star имеет как раз конструкцию, работающую на растяжение. Будет время, попробую нарисовать свою версию "паровозика". Win7 Pro x64 Intel Core2Quad 2.5GHz 4GiB RAM NVidia GForce 9800 1 GiB
А производство металлического водорода - дело техники.
Для станции, занимающейся сбором и металлизацией водорода - вполне допускаю. Но для корабля - совершенно не воспринимается. Металлизация занимает время и экономит только пространство - не вижу пользы в таком обмене для автономного корабля, а для станции - почему бы и нет?
Quote (SpaceEngineer)
Да? Можно по подробней?
Ну пока особо нечего показывать. Готово создание, перемещение объектов. Сейчас вроде закончил собирать информацию по большинству модулей - можно считать их характеристики. В планах: генерация модулей по заданным характеристикам, ручное редактирование размеров с автоматическим расчетом параметров и проверкой их на достаточность ТЗ. Проверка устойчивости и прочности корабля в целом. Вот с последним пунктом проблема.
Quote (SpaceEngineer)
Как раз наоборот. Физика точечных масс, соединённых пружинками, очень просто симулируется. За полдня можно написать программку. У меня уже есть полурабочий физический движок - точки, пружины/стержни, проверка столкновений со стенами. Осталось добавить проверку столкновений стержней друг с другом. Всё это скорее всего будет просчитываться только в конструкторе корабля, хлипкие конструкции он просто не пропустит в игру. Ну а в самой игре тоже можно иногда запускать симуляцию - например при экстремальных ситуациях типа жёсткой посадки.
Где бы почитать как такое симулируется. У меня сейчас расставлены точки по углам модулей, считаю сколько он будет весить, где центр масс. Но вот как проверить как они между собой взаимодействуют - нехватает теоретических знаний. Надо еще читать.
Quote (Aerospacefag)
Мы как-то уже обсуждали это в теме про концепцию корабля, сопроводительную информацию можно найти где-то на http://www.projectrho.com/rocket/, но я потом это добавлю. Короче говоря, реакция синтеза - самая мощная из известных, не считая аннигиляции, во-вторых, топливом служит водород, распространенный повсеместно.
Читал и перечитывал не раз. Да, термояд привлекателен, но: для него используется не просто водород, а дейтерий, тритий и другие не слишком удобные в добывании вещества. Может я просто не знаю что это как-то решено?
Quote (Aerospacefag)
Если реализация реалистичных параметров является настолько затруднительной, придется пожертвовать небольшой долей соответствия в параметрах. Например, сделать внутриигровое время в 10 раз быстрее нормального. Например, установить ускорение от движка сразу в 20, 50 или 100 "же" вместо используемых изначально 2-5.
Хватит уже сделанной уступки в виде ускорителя, для нее были сильные аргументы. А двигатель должен быть реалистичным. Не хватало еще использования ионных двигателей с их мизерной тягой или еще какого-нибудь только из-за лени найти и посчитать что подходит.
Quote (SHW)
Ооо... это моя мечта - ронять корабли в атмосферы газовых гигантов. :-)
Ага, так и хочется построить какого-нибудь гиганта и посмотреть как его скрутит в атмосфере =)
Quote (SHW)
Кстати, судя по описанию, Venture Star имеет как раз конструкцию, работающую на растяжение. Будет время, попробую нарисовать свою версию "паровозика".
Да, по большей части он такой и есть. Единственное что я не понимаю, как они так протупили с радиаторами? Они же только и делаюют что себя же греют А вот решение с двигателями под углом к оси - мне понравилось.
Корабль будет возить единственного пассажира. Весить пассажир будет 70кг. Дадим ему еды, скажем на месяц. 2,3кг (6л.) на 30 дней = 70кг (180л). Чтобы ее хранить нужен холодильник - это еще 70кг (180л+5%+0,1кВт). Кислород будет у нас обновляться спирулинами, в случае чего ими же можно и питаться. С лампочками и компрессорами записываем еще 30кг (30л +0,5кВт). Воды возьмем с запасом, мало ли чего, 50л хватит (у NASA норма 10л, из них 4л - чтобы руки помыть, чем они занимаются?). Очистную установку на одного человека я не нашел, 50кг думаю хватит (кстати, она греется до 300С). Итого: 70+70+70+30+50+50кг = 340кг.
Вывод - нестоит даже считать сколько воздуха, воды и еды взять. Годовой запас весит меньше двух тонн. Стоит учесть только плантации, массой 24т, если хочется полной автономности. Остальное меркнет на фоне конструкций корабля.
Для проживания возьмем комнатку 4*5*2,5=50м**3 Это 85м**2 поверхности. Возьмем примерно 100кг/м**2 = 8,5т. Учтем кондиционирование, радиационную защиту, железки и округлим до 20т.
Получаем жилой модуль со всеми удобствами на одного человека 4*5*3м^3, массой 20т. Возьмем два модуля, вдруг в гости кто зайдет. Прибавим 24т и будем всегда есть свежие продукты. Помещение выделим 10*10*4м^3, 36т. В любом случае это будет не заметно. =)
Грузовой модуль. Если надо что-то куда-то перевезти - нужно место. К тому же тут у нас будет минифабрика. Возьмем с потолка 20*20*5м^3, что дает площадь поверхности 1200м^2. При 100кг/м^2 получаем 120т. Поставим сюда инженера 4*3*5м^3, на 30т, он будет собирать нам все что пожелаем. Итого 150т.
Радары и телескопы. Тут я пока слабо прадставляю какие нужны, как их разместить и вообще. В любом случае им надо глядеть во все стороны - пусть торчат снаружи, 5т им хватит.
Заправщик, это целый миникорабль который отдельно надо считать. Зарезервируем для него 200т. Ремонтники будут располагаться снаружи, будут длиннорукими и вездесущими. Зарезервируем 20т.
Ускоритель. Как всякая сложная штука, он должен внушать уважение. Сделаем его как грузовой модуль - чтоб издалека был виден. Это еще 20*20*5м^3 и 1000т веса. Вообще любая штука неизвесного строения весит 0,5т/м^3, для облегчения расчетов. Раз ускоритель по большей части пустой, облегчим его до 200т.
На данный момент у нас в наличии: Два жилых блока 4*5*3м^3, 20т Плантации 10*10*4м^3, 24+36т Грузовой модуль 20*20*5м^3, 150т Радары и телескопы 5т. Заправщик 200т Ремонтники 20т Ускоритель 200т Итого: 675т.
Выдилим еще 125т на корпус и щит. Получаем 800т.
Теперь надо посчитать баки и двигатели. Возьмем соотношение массы корабля к водороду 1:1. Получается нам для 10g нужна тяга 1600т. Хватит ли ГЯРД? У них максимальный импульс 10000с что дает расход рабочей массы 1,6т/сек или 500 сек полного ускорения. dV составит 50 км/с. (На самом деле чуть больше - масса в полете будет уменьшаться, но погоды это не делает).
Вывод: максимальная dV у ГЯРД при 1:1 = 50км/с, при 1:2 = 66км/с Да, накосячил я когда говорил что на ГЯРД получался корабль с dV около 10000км/с Это был термояд с 10000000с записанный рядом с ГЯРД, вот у него то и вышло dV=50000км/с =)
Посчитаем баки: возьмем баки 5м радиуса, чтобы их можно было плотнее складывать. Емкость такого бака - 523м^3 или 42т для замороженного водорода. Нам понадобится 20 таких баков (или хватит одного с металлическим водородом массой какраз около 800т). Просто поставленные друг на друга по 4 в слой они займут 20*20*50м^3. Лично мне хочется видеть глазами что пол корабля - водород, разумеется пока это не мешает.
Повторю два своих ИМХО: Термоядерный двигатель хорош, но чем его заправлять? Надо искать кого-то с удельным импульсом 2Мс, чтобы получить dV=10000км/с при соотношении массы 1:1. Металлический водород хорош на специализированных станциях, а самозаправляющийся корабль вполне обойдется замороженным водородом. Ситуацию может изменить ускоритель: если ввести зависимость потребляемой энергии на прыжок от размеров корабля.
AMD Athlon II X3 3GHz + 4GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
kimitsu42, у мателлического водорода то преимущество, что нужен меньший объём бака, а значит меньшая масса этого самого бака.
dV в 100 км/с годится для корабля начального уровня - перелёт между соседними звёздами с жёсткой экономией (трёхимпульсные перелёты, выбор удачного направления для разгона, грав. манёвры - благо время в пути сокращается почти до нуля за счёт гипердрайва). Для галактического корабля надо уже 1000 км/с, для межгалактического все 10000 км/с. Простым масштабированием тут не отделаться, т.к. нужная масса водорода растёт экспоненциально. Надо искать подходящую технологию.
Термояд пусть даже на дейтерии не такая уж проблема - просто добыча дольше будет, т.к. его 0.01%, надо много водорода фильтровать. Кстати, дейтерий нужен только для реакции, рабочим телом всё равно будет обычный водород - реакция просто нагревает его. Тепловой двигатель, как в том же Venture Star, толко там нагревала аннигилляция. Можно и антивещество использовать, в самых дорогих мажгалактических кораблях. Заправка им - только на станциях.
Ты в рассчёте ещё забыл шаттл (лучше парочку - для надёжности) и источник энергии, если он не совмещён с двигателем.
Ты в рассчёте ещё забыл шаттл (лучше парочку - для надёжности)
Точно, есть такое дело.
Quote (SpaceEngineer)
и источник энергии, если он не совмещён с двигателем.
В данном случае совмещен.
С другими двигателями помимо источника энергии еще и радиаторы понадобятся. Так что эту модель можно как простую, относительно дешевую и исключительно внутрисистемную. Можно и к ближайшим звездам летать, но аккуратно, как на велосипеде через всю страну. =)
kimitsu42, у мателлического водорода то преимущество, что нужен меньший объём бака, а значит меньшая масса этого самого бака.
В моем примере металлическому водороду хватило одного бака вместо двадцати. Это 2т против 40т. Для меня эта разница масс не принципиальна. Вот объем - да, внушительная разница, но на данный момент объем не создает проблем, в отличии от массы. AMD Athlon II X3 3GHz + 4GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
По физике, видимо, надо гуглить Mass-spring Model. Как самую простую. Правда там далеко до связи с реальными физическими параметрами. Более точным является метод конечных элементов (Finite elemets method), его активно используют в инженерных программах. Если есть желание, могу скинуть отсканированную книгу по численным методам механики сплошных сред. Там обобщённая теория по моделированию деформируемых тел, жидкостей, газов, взрывных процессов (правда сканировал в jpg, так что занимает ~40МБ).
Кстати, то, что в термоядерных реакторах планируют использовать дейтерий+тритий или дейтерий+гелий-3 - исключительно техническая проблема. Дело в том, что реакцию протий-протий зажечь на порядок сложнее (условие зажигания состоит из соотношения давления, температуры и времени удержания плазмы), но принципиальных препятствий этому вроде как нет. Кроме того, в реакции дейтерий+гелий-3 практически нулевой выброс нейтронов, а значит она самая "безопасная". Win7 Pro x64 Intel Core2Quad 2.5GHz 4GiB RAM NVidia GForce 9800 1 GiB
Сообщение отредактировал SHW - Понедельник, 07.11.2011, 14:26
Если есть желание, могу скинуть отсканированную книгу по численным методам механики сплошных сред. Там обобщённая теория по моделированию деформируемых тел, жидкостей, газов, взрывных процессов.
Что-то пока у себя нашёл только сканы "Теоретической механики". То ли где-то потерял, то-ли никак не найду в хламе. Кажется были книги типа этих: Прикладная механика сплошных сред (торрент вполне скачивается, надо только DHT подождать). В любом случае, последний том у меня есть в бумажном виде. Только сканировать 500 страниц не айс :-) . Нашёл еще книгу по конечным элементам для конструкций летательных аппаратов. Win7 Pro x64 Intel Core2Quad 2.5GHz 4GiB RAM NVidia GForce 9800 1 GiB
Сообщение отредактировал SHW - Понедельник, 07.11.2011, 17:04
В чем клепаеш в максе? Давай прикину своим дизайнерским взглядом. Скинь свои наработки хотябы в картинках может потом файлами обменяемся. Я свои тоже выкладывать сдесь скоро буду.
В том то и дело что я прогу пишу. Как в майнкрафте из кубиков разных типов складываешь корабль, а они потом сами генерируются в модель. Я сейчас использую метровые кубы - соответственно все конструкции получаются довольно квадратными. Не смотрится совершенно.
Сейчас вот думаю как бы их сглаживать, но с другой стороны не везде оно нужно, где-то хочется именно угловатостей, а программа сглаживать все подряд будет. Нужна возможность настройки блоков.
Если вводить шестиугольные блоки - тоже как-то не очень. Конструкция-то по разнообразней станет, но какой-то чужой. Не верится в земное их происхождение.
Изначально была идея каждый модуль строить не из блоков, а по узловым точкам. Строить так отдельные модули - вполне сносно, но целый корабль - оказалось очень не играбельно. Фактически простенький 3D редактор получается.
Сейчас подумываю о строительстве из заранее смоделированных модулей. Генератор тогда вообще не нужен, будет гарантирован всегда адекватный вид. Но придется сделать по несколько вариантов каждого модуля. Разных размеров, форм и характеристик. А это или дефицит разнообразия, или халтурные модели. А меня это не устраивает.
Сейчас вот подумываю о наборе железок из которых можно собирать модули из которых будет собираться корабль. Тогда одного набора хорошо проработанных железок хватит для построения всего разнообразия модулей. А значит и корабли будут такими, как захочется. Под железками я понимаю минимальную функцианальную единицу. Для жилого модуля понадобятся: набор конструктивных элементов - балки, панели, радиационная защита,... жизнеобеспечение - кислородные баки, кондиционеры, очистка воды, холодильник,... обстановка - антиперегрузочная ванна, экран на всю стену,... Для того что бы собрать какой-то модуль, надо выполнить ряд требований. Забудешь кондиционер поставить - будет жарко. Не запасешься кислородом - долго не проживешь. Тут уже и персонажа надо создавать. в общем Sims какой-то получается =)
Добавлено (10.12.2011, 18:25) --------------------------------------------- В общем создание собственного корабля я представляю сейчас так:
В огромном ангаре космической верфи установлен черный ящик - условная отправная точка строительства. К нему пристыкуются фермные элементы - строится главная ось корабля. Или не ось - кому как захочется. Главное что сначала строится "скелет". К этому скелету надо прицепить модули. Модули берутся заранее изготовленные или собираются вручную из железок. Когда все собрано, начинаются испытания - какую нагрузку способен выдержать корабль. Если при ускорении что-то ломается, следует заменить на более прочные элементы. И так пока не будут достигнуты желаемые характеристики.
AMD Athlon II X3 3GHz + 4GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Сообщение отредактировал kimitsu42 - Суббота, 10.12.2011, 18:11
ENG
Новый сайт
Российская Федерация 
Нидерланды 
